AMV4ビデオコーデック 内部仕様でみるAMV4とAMV2MTの違い

AMV4とAMV2MTの違いを内部仕様で比較しながら、AMV4ビデオコーデックがどんなコーデックになるか紹介します。

表１．AMVビデオコーデックの内部仕様

	AMV2MT		AMV4
	Y2標準可逆	Y3標準	DY2標準可逆	DY3高圧縮可逆
圧縮パターン	4	6	4	8
参照箇所	1	1	1	2
参照距離	遠い	遠い	近い	近い
二次圧縮	無し	無し	無し	有り
画質	可逆	非可逆	可逆	可逆
マルチスレッド	最大8	最大8	非対応1	非対応1
拡張命令	SSE2	SSE2	SSE4.1 AVX2.0	SSE4.1 AVX2.0

黄色は変更箇所

表２．性能

	AMV2MT		AMV4
	Y2標準可逆	Y3標準	DY2標準可逆	DY3高圧縮可逆
圧縮効果	低い	高い	Y2より高い	Y3より高い
処理速度SSE	速い	普通	Y2より速い	Y3とほぼ同じ
処理速度AVX2	-	-	もっとも速い	Y2より速い

【圧縮パターン】
「どのように圧縮するか」といった圧縮パターンの数。
パターン数が多いほど好条件で圧縮できる可能性があがるため高い圧縮効果が得られます。

【参照箇所】
基本的には左に位置する画素、または1フレーム前の同じ位置の画素のどちらか一方を参照して処理します。
DY3ではキーフレームの場合、左と上の二箇所、差分フレームの場合は左と1フレーム前の同じ位置の二箇所を参照して処理します。
参照箇所が多いほど好条件を選択できるため高い圧縮効果が得られます。

【参照距離】
フレーム内の画素を参照する際の距離（何画素離れたデータを参照するか）です。
近いデータを参照するほどデータの相関関係が強まるため圧縮効果が高くなります。
Y2,Y3では最大で8画素離れたデータを参照します。遠いデータを参照してしまうため圧縮効果は低めになります。
DY2,DY3は常に隣の画素を参照するため、参照距離は常に1となり、高い圧縮効果が得られます。

【二次圧縮】
一度圧縮したデータを再度圧縮します。主に動きの少ない部分や単調なデータの圧縮効果が非常に高くなります。
処理がとても遅くなるためAMV2MTでは処理速度より圧縮効果を優先するY4高圧縮にのみ適用していましたが、AMV4では大幅に処理速度が向上するためDY3に適用しました。

【画質】
AMV4ではDY3も可逆になります。

【マルチスレッド】
CPUリソースを複数使うことで処理時間を短くします。その代りCPUへの負荷は増えます。
AMV2MTはマルチスレッドで処理することができましたが、マルチスレッドで処理するメリットはありませんでした。
AMV4はさらに処理速度が向上するためシングルスレッドでも十分リアルタイム処理が可能となります。そのためマルチスレッドでの処理を廃止します。

【拡張命令】
AMV2MTはSSE2までの拡張命令を使って処理します。
AMV4はSSE版とAVX2版があり、SSE版はSSE4.1までの拡張命令を使って処理します。
AVX2版はAVX2までの拡張命令を使って処理します。


内部仕様で比較するとDY2とY2は参照距離が違うだけですが、参照距離が短くなるだけでも10％から20％ほど圧縮効果が向上します。

一方、DY3はY3と比べ大幅に処理が増えます。
(1) 圧縮パターンの増加
(2) 参照箇所の増加
(3) より近いデータを参照する （これも同じレジスタ内のデータを参照するため処理が増えます）
(4) 二次圧縮の適用

これらの効果によりDY3は非可逆圧縮のY3より高い圧縮効果が得られます。
これだけ処理が増えると、処理に時間がかかりパフォーマンスが低下するところですが、SSE版のDY3でもY3とほぼ同じかほんの少し早く処理することができます。
そして、AVX2版のDY3はY2よりも早く処理でき、非常に高いパフォーマンスを発揮します。


YUY2に関しては一通り動作するところまできました、仕様もほぼ固まりましたので、次回は（まだ開発途中ですが）簡単なベンチマークテストを行いおおよその処理速度、圧縮効果を紹介します。

※ 記事の内容は開発中のものです。公開時の仕様と異なる場合があります。
最終的な仕様については、公開時の記事を見てください。